KR100308181B1 - Underwater Propulsion - Google Patents
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Abstract
본 발명의 수중 추진장치(1)는 물 입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 원통형 보호판(3)과; 상기 보호판(3)내에서 축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브(15)를 갖는 프로펠러(13)와; 상기 프로펠러(13)를 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러(13)의 외주 둘레로 장착되는 회전자(23)와, 상기 보호판(3)과 외접하고 있는 고정자(25)를 구비하는 전기 모터(24)와; 베어링 표면둘레로 그 주변의 물을 순환시킴으로써 베어링 조립체(17)를 윤활 및 냉각시키는 수단(83)(99)를 구비하는 베어링 조립체(17)를 포함한다. 정지형 커버(85)는 상기 베어링 조립체(17) 위에서 상기 축(9)의 물 입구단에 착탈가능하게 고착되어, 상기 베어링 조립체(17)내의 베어링에 용이한 접근을 제공할 수 있도록 한다. 상기 보호판(3)의 내부에서 상기 축(9)에 동심형으로 장착되는 베인부재(11)는 상기 프로펠러(13)의 하류측에 연결되어, 상기 프로펠러(13)가 회전할 때 공동화를 감소시키고 그에 수반에 소음도 감소시킨다. 상기 회전자(23)의 자화가 복수개의 영구자석(125)에 의해 제공되어, 효율을 개선시키고 소음을 감소시킨다. 댐퍼봉(130)과 도전성 쐐기(128)로부터 형성된 다람쥐통 구조체는 회전자의 자석과 일체화되어, 모터의 개시동작을 도울 뿐만 아니라, 그들의 자성을 감소시킬 수도 있는 조파 전류로부터 자석을 절연시키기도 한다.The underwater propulsion device 1 of the present invention comprises: a cylindrical shield plate 3 having a water inlet 5 and a water outlet 7; A propeller (13) having a hub (15) rotatably mounted to a shaft (9) in the protective plate (3); An electric motor (24) for driving the propeller (13), comprising a rotor (23) mounted around the outer circumference of the propeller (13), and a stator (25) external to the protective plate (3). Wow; A bearing assembly 17 having means 83 and 99 for lubricating and cooling the bearing assembly 17 by circulating water around the bearing surface. The stationary cover 85 is detachably secured to the water inlet end of the shaft 9 above the bearing assembly 17, to provide easy access to the bearings in the bearing assembly 17. The vane member 11 mounted concentrically to the shaft 9 inside the protection plate 3 is connected to the downstream side of the propeller 13 to reduce cavitation when the propeller 13 rotates. It also reduces noise. The magnetization of the rotor 23 is provided by a plurality of permanent magnets 125, improving efficiency and reducing noise. The squirrel barrel structure formed from the damper rod 130 and the conductive wedge 128 is integrated with the magnet of the rotor, which not only assists the starting operation of the motor, but also insulates the magnet from harmonic currents that may reduce their magnetism.
Description
제1도는 본 발명의 추진장치의 사시도.1 is a perspective view of the propulsion device of the present invention.
제2도는 제1도에 도시된 추진장치의 II-II선 단면도.2 is a sectional view taken along the line II-II of the propulsion device shown in FIG.
제3도 및 제4도는 각각 제1도에 도시된 추진장치의 정면도 및 배면도.3 and 4 are front and rear views of the propulsion device shown in FIG. 1, respectively.
제5(a)도는 제1도에 도시된 추진장치의 분해 단면도로서, 상기 추진장치의 축과 프로펠러의 허브 사이에 배치되는 베어링 조립체의 각종 부품을 나타내는 도면.5 (a) is an exploded cross-sectional view of the propulsion device shown in FIG. 1, showing various parts of the bearing assembly disposed between the shaft of the propulsion device and the hub of the propeller;
제5(b)도는 제5(a)도에 원(5B)으로 표시된 부분의 확대도로서, 회전자 입구 링과 고정자 입구 링의 치형 표면으로 인해 고정자와 회전자 사이에 뒤틀린 경로가 형성됨으로써, 외부의 입자가 이 공간으로 유입되는 것을 방지하는 방법을 나타내는 도면.FIG. 5 (b) is an enlarged view of the portion indicated by the circle 5B in FIG. 5 (a), whereby a toothed surface of the rotor inlet ring and the stator inlet ring forms a twisted path between the stator and the rotor, The figure which shows the method of preventing an external particle from entering into this space.
제6도는 제1도에 도시된 추진장치의 VI-VI 선 단면도.6 is a sectional view taken along the line VI-VI of the propulsion device shown in FIG.
제7도는 제6도에 원(7)으로 표시된 부분의 확대도로서, 고정자 및 회전자의 양자의 구조를 상세히 나타내는 단면도.FIG. 7 is an enlarged view of the portion indicated by the circle 7 in FIG. 6, showing in detail the structure of both the stator and the rotor.
제8도는 프로펠러의 허브와 함께 회전하는 전방 커버 대신, 고정형 착탈식 전방 커버를 갖는, 본 발명의 추진장치의 또다른 실시예에 대한 사시도.8 is a perspective view of another embodiment of the propulsion device of the present invention having a fixed removable front cover, instead of a front cover that rotates with the hub of the propeller.
제9도는 제8도에 도시된 추진장치의 IX-IX 선 단면도.9 is a sectional view taken along line IX-IX of the propulsion device shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 추진장치 3 : 보호판1 propulsion device 3 protection plate
9 : 고정축 13 : 프로펠러 수단9: fixed shaft 13: propeller means
15 : 허브 17 : 베어링 조립체15 hub 17 bearing assembly
23 : 회전자 24 : 전기 모터23: rotor 24: electric motor
125 : 영구자석 128 : 쐐기125: permanent magnet 128: wedge
130 : 댐퍼 바아130: damper bar
본 발명은 수중 추진장치(a submersible propulsor unit)에 관한 것으로, 특히 고-추력, 저-중량, 저-소음 및 관리가 용이한, 일체적 모터를 갖는 개량된 선박용 추진장치에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a submersible propulsor unit, and more particularly to an improved marine propulsion device having an integrated motor, high thrust, low weight, low noise and easy to manage.
일체적 모터형 추진장치는 종래기술로 공지된 바 있다. 그러한 추진장치는 수상함에 이용될 수 있기도 하지만, 그것의 주-응용분야는 신뢰도, 제어, 저소음에 대한 필요성이 급증하고 있는 잠수함용 보조 구동장치이다. 종래기술에 있어서, 전형적으로 그러한 추진장치는 프로펠러에 연결되는 출력축을 갖는 “깡통식으로 밀폐(canned)” 되거나 습식 권취형의 전기 모터를 포함하고 있다. 상기 프로펠러는 추력을 증가시키기 위하여 전형적으로 보호판과 외접하고 있으며, 상기 모터는 프로펠러의 바로 뒤나 바로 앞에 배치된다. 불행하게도, “깡통식으로 밀폐된” 모터가 프로펠러에 의해 발생되는 수류의 바로 앞이나 바로 뒤에 배치되며 이는 유체의 흐름을 방해하여 이 장치에 의해 발생되는 유효 추력을 감소시키는 경향이 있다. 이 차단에 의해 발생되는 추력 손실을 감소시키기 위해서 고속 및 소경의 모터가 이용되었다. 그러나, 이 축의 속도가 고속이면 프로펠러에서 캐비테이션이 많이 발생하여 바람직하지 않은 많은 소음이 발생될 수도 있다.Integrated motorized propulsion devices have been known in the art. While such propulsion devices can be used on aquatic vessels, their main application is subsidiary drives for submarines, where the need for reliability, control and low noise is rapidly increasing. In the prior art, such propulsion devices typically include "canned" or wet-wound electric motors with output shafts connected to propellers. The propeller is typically circumscribed with a shroud to increase thrust, and the motor is placed directly behind or in front of the propeller. Unfortunately, "canned" motors are placed just before or just after the water flow generated by the propeller, which tends to disrupt the flow of fluid and reduce the effective thrust generated by the device. High speed and small diameter motors have been used to reduce the thrust loss caused by this interruption. However, if the speed of this axis is high, cavitation may occur a lot in the propeller, which may generate a lot of undesirable noise.
“웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션”에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 일체적 모터를 갖는 추진장치를 개발하였다. 그 모터는 미국 특허 제 4, 831, 297호에 개시되어 있다. 이 특수한 추진장치는 그 구조가 제트 엔지과 유사하며, 물 입구와 물 출구를 갖는 원통형 보호판과, 상기 보호판내에서 복수개의 지지 베인이 동심형으로 장착되어 있는 축상에 회전가능하게 장착되는 허브를 갖는 프로펠러와, 상기 프로펠러를 구동시키기 위한 전기 모터를 일반적으로 포함하고 있다. 상기 전기 모터는 프로펠러 블레이드의 외주 둘레에 장착되는 환형 회전자와, 이 추진장치의 보호판내에 일체로 형성되는 고정자를 구비한다. 이 특수한 종래 기술의 추진장치의 개선된 설계는, 이 장치는 프로펠러가 유체 역학적 형상의 보호판을 통해 가동될 수 있도록 하는 수류가 크게 방해 받지 않으므로, 소음량이 감소됨과 아울러, 소정의 무게 및 크기에 대한 추진장치의 추력 출력도 상당히 증가된다. 이 장치의 조용함은 보호판의 소음차단 특성으로 인해 더욱 개선된다.Westinghouse Electric Corporation has developed a propulsion system with an integral motor to overcome these shortcomings. The motor is disclosed in US Pat. No. 4, 831, 297. This special propeller is similar in structure to a jet engine and has a cylindrical shroud with a water inlet and a water outlet and a propeller rotatably mounted on an axis on which a plurality of support vanes are mounted concentrically within the shroud. And an electric motor for driving the propeller. The electric motor includes an annular rotor mounted around the outer circumference of the propeller blades and a stator integrally formed in the protective plate of the propulsion device. The improved design of this particular prior art propulsion device is such that the device is not significantly disturbed by the flow of water that allows the propeller to run through a hydrodynamically shaped shroud, thereby reducing noise levels and The thrust output of the propulsion system is also significantly increased. The quietness of the device is further improved by the noise shielding characteristics of the shroud.
상술한 일체적 모터를 갖는 추진장치가 기술에 있어서 상당한 진보를 이룩하긴 하였지만, 본 출원인은 이 장치의 설계 중 많은 부분이 개선될 여지가 있다는 것을 깨닫게 되었다. 예를 들어, 물로 윤활되는 스러스트 및 레이디얼 베어링은 정기적으로 교체해 주어야 한다. 그러기 위해서는 추진장치를 드라이 도크로 집어 넣어야 한다. 게다가, 베어링 부품을 검사하거나 교체할 필요가 있는 경우에는, 이 베어링의 위치 때문에 추진장치를 거의 완전히 분해해야 한다. 본 출원인은, 프로펠러의 상류에 위치된 지지 베인이 이 추진장치의 작동중 프로펠러를 둘러싸고 있는 물에 캐비테이션을 발생시킬 수 있으며, 이에 수반하여 바람직하지 않은 소음이 발생될 뿐만 아니라 이 장치의 효율도 감소될 수 있다는 것을 깨닫게 되었다. 또한, 본 출원인은 이렇게 특수한 종래 기술의 추진장치에 이용되는 유도식 모터 구조에 있어서 회전자와 고정자간의 전자기 결합이 효율적으로 이루어질 수 있기만 하다면 회전자의 외경과 고정자의 내경 사이의 간격이 매우 가까울 필요가 있다는 점도 알게 되었다. 그러나, 그렇게 간격이 가까우면, 고정자와 회전자의 사이에 배치되는 얇은 수막에서 항력이 발생될 뿐만 아니라; 회전자를 통해 전도되는 조파 전류(harmonic currents)(고정자에 의해 형성되는 자계가 비대칭이기 때문에 어느 정도는 항상 존재하고 있음)의 크기가 증가되어 회전자가 진동하게 됨으로써 원치 않는 추가의 소음도 발생된다. 또한 상기 고정자의 내경과 회전자의 외경 사이의 간격이 가까우면, 추진장치가 기계적 충격을 강하게 받는 경우나, 고정자나 회전자 사이에 해수의 파편이 모이는 경우, 추진장치에 원치 않는 취약지역이 형성될 수도 있다.Although the propulsion device with the integral motor described above has made significant advances in the art, the Applicant has realized that much of the design of this device can be improved. For example, water-lubricated thrust and radial bearings should be replaced regularly. To do this, the propulsion unit must be put into a dry dock. In addition, where bearing parts need to be inspected or replaced, the propulsion device must be almost completely dismantled due to the position of this bearing. Applicants have found that a support vane located upstream of the propeller can cause cavitation in the water surrounding the propeller during operation of the propeller, thereby resulting in undesirable noise as well as reducing the efficiency of the device. I realized that it could be. In addition, the present applicant needs to have a very close distance between the outer diameter of the rotor and the inner diameter of the stator so long as electromagnetic coupling between the rotor and the stator can be made efficiently in the induction motor structure used in the special prior art propulsion apparatus. Also found out that there is. However, when so close, not only drag is generated in the thin water film disposed between the stator and the rotor; The magnitude of the harmonic currents conducted through the rotor (which is always present to some extent because the magnetic field formed by the stator is asymmetrical) is increased, causing the rotor to vibrate, causing unwanted additional noise. In addition, when the distance between the inner diameter of the stator and the outer diameter of the rotor is close, when the propulsion device is subjected to a strong mechanical impact, or when debris of seawater collects between the stator or the rotor, an unwanted weak area is formed in the propulsion device. May be
따라서, 드라이 도크로 집어넣을 필요가 없고, 검사나 관리 작업을 수행하기가 비교적 간단하고 쉬운 베어링 조립체를 갖는, 잠수함 등의 선박용으로 이용하기위한 개선된 일체적 모터형 추진장치가 필요하다. 또한, 그러나 추진장치가 종래기술의 장치보다 소음을 적게 내고, 기계적 충격이나 해수 파편의 수집에 대한 취약 영역에서 그 장치의 취약성을 감소시키기 위해서 고정자와 회전자 사이의 간격이 그렇게 밀접하게 되지 않아도 되는 설계를 갖는다면 이상적일 것이다.Accordingly, there is a need for an improved integral motorized propulsion device for use in ships such as submarines that does not need to be put into a dry dock and has a bearing assembly that is relatively simple and easy to perform inspection or maintenance work. In addition, however, the propulsion device produces less noise than prior art devices, and the spacing between the stator and the rotor does not have to be so close to reduce the vulnerability of the device in areas susceptible to mechanical shock or seawater debris collection. It would be ideal to have a design.
본 발명은 종래기술과 관련된 상술한 단점이 해소되거나 적어도 개선된 일체적 모터형 추진장치에 관한 것이다. 본 발명의 추진장치는 일반적으로 물 입구 및 물 출구를 갖는 보호판과; 상기 보호판내에서 축에 회전가능하게 장착되는 허브를 갖는 프로펠러와; 상기 프로펠러를 구동시키기 위한 것으로, 상기 프로펠러의 외주 둘레로 장착되는 회전자와, 상기 보호판과 외접하고 있는 고정자를 구비하는 전기 모터와; 상기 프로펠러의 허브와 상기 축 사이에 배치되며, 본 장치를 둘러싸고 있는 그 주변의 물에 의해 냉각 및 윤활되는 베어링 조립체를 포함한다. 상기 베어링 조립체는 상기 베어링의 표면 사이로 윤활 및 냉각용 수류를 순환시키는데 필요한 임펠러 기구를 포함할 수도 있다. 더욱이, 상기 축은 베어링 조립체에 윤활 및 내각용 물의 일정한 스트림을 제공하기 위하여 프로펠러의 하류에 하나 또는 그 이상의 흐름용 입구를 포함할 수 있다. 이 흐름용 입구는 필터로 덮힐 수도 있다. 하류에 위치된 이 입구의 위치는 그 주변의 물에 동반된 파편이 베어링 조립체내로 유입되는 것을 방지하는데 도움이 된다.The present invention relates to an integral motorized propulsion device in which the above mentioned disadvantages associated with the prior art have been eliminated or at least improved. The propulsion device of the present invention generally comprises: a protective plate having a water inlet and a water outlet; A propeller having a hub rotatably mounted to the shaft within the protective plate; An electric motor for driving the propeller, the rotor being mounted around an outer circumference of the propeller, and an stator circumscribed with the protection plate; And a bearing assembly disposed between the hub of the propeller and the shaft, the bearing assembly being cooled and lubricated by the surrounding water surrounding the apparatus. The bearing assembly may comprise an impeller mechanism necessary to circulate the lubricating and cooling water streams between the surfaces of the bearing. Moreover, the shaft may include one or more flow inlets downstream of the propellers to provide a constant stream of water for lubrication and the cabinet for the bearing assembly. This flow inlet may be covered with a filter. The location of this inlet located downstream helps to prevent debris entrained in the surrounding water from entering the bearing assembly.
상기 베어링 조립체는 프로펠러 허브와 축의 상류단 사이에 배치되는 스러스트 베어링과, 본 자치의 이들 두 부품 사이의 마찰을 감소시키기 위해서 상기 프로펠러 허브의 내측 원주 주변에 배치되는 레이디얼 베어링 카트리지를 포함할 수도 있다. 본 장치는 관리작업 중 스러스트 베어링과 레이디얼 베어링 카트리지에 접근하기 쉽도록, 스러스트 베어링에 착탈가능하게 장착되는 커버를 더 포함할 수도 있다. 이 착탈식 커버는 프로펠러 허브에 연결되어 본 장치의 작동 중 프로펠러를 따라 회전될 수도 있고, 분리된 부품으로서 축의 물 입구에 해제가능하게 고착되어 회전중인 프로펠러에 대해 정지상태로 남아 있는 수도 있다. 정지 상태의 착탈식 커버는 본 추진장치이 작동중 소음을 더욱 감소시킨다는 잇점을 갖는다. 경우에 따라서는 본 장치의 내충격성을 증가시키기 위하여 고정형 착탈식 커버와 보호판 사이에 스트럿이 추가될 수도 있다.The bearing assembly may comprise a thrust bearing disposed between the propeller hub and the upstream end of the shaft, and a radial bearing cartridge disposed around the inner circumference of the propeller hub to reduce friction between these two parts of the autonomous. . The apparatus may further comprise a cover detachably mounted to the thrust bearing to facilitate access to the thrust bearing and the radial bearing cartridge during maintenance. The removable cover may be connected to the propeller hub to be rotated along the propeller during operation of the apparatus, or may be detachably secured to the water inlet of the shaft as a separate part and remain stationary against the rotating propeller. The removable cover at rest has the advantage that the propulsion system further reduces noise during operation. In some cases, struts may be added between the fixed removable cover and the shroud to increase the impact resistance of the device.
복수개의 베인 부재는 본 장치의 축과 보호판의 내측 표면 사이에 연결된다. 상기 보호판을 통해 흐르는 물의 스트림에 의해 발생되는 소음의 량을 더욱 감소시키기 위해서, 이 베인 부재는 프로펠러의 허브와 보호판의 물 출구 사이에 배치되어 있는 축의 일부분에 모두 연결된다. 더욱이, 베인 부재가 프로펠러의 블레이드와 협동하여 상기축을 보호판내에서 동심형으로 지지하므로, 추진장치에 의해 발생되는 추력이 증가된다.The plurality of vane members are connected between the shaft of the device and the inner surface of the protective plate. In order to further reduce the amount of noise generated by the stream of water flowing through the shroud, the vane member is connected to both a portion of the shaft disposed between the hub of the propeller and the water outlet of the shroud. Moreover, since the vane member cooperates with the blade of the propeller to support the shaft concentrically in the protective plate, the thrust generated by the propulsion device is increased.
마지막으로, 본 장치의 프로펠러를 구동시키기 위하여 이용되는 교류 모터의 회전자에는 유도 권선 대신 영구 자석을 이용하여 회전자내에 필요한 자계를 형성시킬 수도 있다. 그렇게 영구자석을 이용하면, (유도 권선을 통한 임피던스 손실이 제거되기 때문에) 모터의 전체 효율이 증가될 뿐만 아니라, 회전자의 외경과 고정자의 내경 사이의 간극이 이들 두 부품간의 양호한 자기 결합을 손상시키지 않고도 증가될 수 있다는 더욱 유익한 잇점이 있다. 그렇게 간극의 크기가 증가되면, 회전자상의 유체 항력이 감소되고, 회전자와 고정자의 양자에서부터 나오는 자계의 비대칭 때문에 회전자에서 발생되는 바람직하지 않은 조파 전류의 세기가 감소되며, 이에 수반하여 회전자의 진동이 감소되므로 더욱 순조롭고 조용한 동자이 이루어지게 된다. 또한 이렇게 간극의 크기가 증가되면, 해수 파편의 수집으로 인해 본 장치가 이 위치에서 손상될 확률이 더욱 감소된다.Finally, the rotor of the AC motor used to drive the propeller of the present apparatus may use a permanent magnet instead of an induction winding to form a necessary magnetic field in the rotor. Using such permanent magnets not only increases the overall efficiency of the motor (because the impedance loss through the induction winding is eliminated), but the gap between the outer diameter of the rotor and the inner diameter of the stator damages the good magnetic coupling between these two components. There is a further benefit of being able to increase without the need. Such increase in the size of the gap reduces the fluid drag on the rotor and reduces the strength of undesirable harmonic currents generated in the rotor due to the asymmetry of the magnetic fields from both the rotor and the stator, and consequently the rotor. The vibration of the motor is reduced, resulting in a smoother and quieter movement. In addition, this increase in the size of the gap further reduces the likelihood that the device will be damaged at this location due to the collection of seawater debris.
상기 회전자는 고정자에서 나오는 요동 자계와 동기화를 이루는데 있어서 회전자를 도울 수 있는 다람쥐통 구조를 제공하기 위하여, 영구자석의 외주에 복수개의 도전성 댐퍼 바아를 더 포함할 수도 있다. 이 댐퍼 바아는 자석을 상술한 조파 전류와 같은 감자성 전류(demagnetizing current), 또는 본 장치의 단락 회로에서 발생되는 전류로부터 절연시킨다. 폴 캡(pole cap)은 상기 도전성 댐퍼 바아를 덮고 그것과 자석을 이격시키기 위해서, 각각의 영구자석의 표면에 배치될 수도 있다. 도전성 쐐기는 다람쥐통 구조를 혀성하는 전류 전도 능력을 증가시키기 위하여, 회전자내의 영구자석 사이에 배치될 수도 있다. 마지막으로, 소음을 더욱 감소시키기 위하여 고정자 슬롯을 경사지게 하는 것이 바람직하다.The rotor may further include a plurality of conductive damper bars on the outer circumference of the permanent magnet to provide a squirrel barrel structure that can help the rotor in synchronizing with the swinging magnetic field coming from the stator. This damper bar insulates the magnet from demagnetizing currents such as the above-mentioned harmonic currents, or currents generated in the short circuit of the device. A pole cap may be disposed on the surface of each permanent magnet to cover the conductive damper bar and space the magnet from it. The conductive wedges may be disposed between the permanent magnets in the rotor to increase the current conducting ability to tongue the squirrel barrel structure. Finally, it is desirable to incline the stator slots to further reduce noise.
본 발명의 추가 장치는 상술한 구조를 갖기 때문에 종래 기술의 추진장치보다 중량이 가볍고 출력이 높으며 소음발생이 더 적다.Since the further device of the present invention has the above-described structure, it is lighter in weight, higher in output, and generates less noise than the prior art propulsion device.
본 발며은 첨부도면과 관련된 이하의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.The present invention will become more apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.
제1, 2, 3, 4도를 참조하면, 여러 도면에 걸쳐서 동일한 부호는 동일한 부분을 나타내는 것으로서, 본 발명의 추진장치(1)는 일반적으로 물 입구(5)와 물 출구(7)를 갖는 원통형상의 보호판(보호판 조립체)(3)을 포함한다. 상기 보호판의 내부는 대체로 코트(Kort) 노즐과 유사한 형사을 갖는다. 고정축(비회전축)(9)에는 상기 보호판(3)의 내부의 회전 축선을 따라서 복수개의 베인 부재(11)가 장착되어 있다. 상기 베인 부재(11)는 고정축(9)을 보호판(3)내에서 지지함과 아울러, 그들의 경사진 배향(제4도에 가장 잘 도시됨)으로 인해 프로펠러 수단(13)에 의해 발생된 추력을 증가시키는 기능도 수행한다. 상기 프로펠러 수단(13)은 보호판(3)의 내부에 배치된다. 상기 프로펠러 수단(13)은 베어링 조립체(17)에 의해서 상기 고정축(9)에 회전가능하게 장착되는 허브를 그것의 중앙에 구비한다. 상기 프로펠러 수단(13)은 복수개의 경사진 블레이드(19)를 구비한다. 상기 블레이드(19)의 내측 단부는 상기 허브(15)의 둘레에 동일한 간격으로 장착되며, 외측 단부는 보호판(3)의 중앙부에 일체로 형성되어 있는 전기 모터(교류 모터)(24)의 회전자(23)에 연결된다. 상기 전기 모터(24)는 회전자(23) 둘레에 그것과 밀접하게 이격되어 배치되는 고정자(25)를 더 포함한다. 본 추진장치(1)의 고정자(25)를 전원(28)에 접속시키기 위하여 터미널 포스트 조립체(27)가 추진장치(1)의 상부에 제공된다. 바람직한 실시예에 있어서, 이것은 가변 주파수의 사이클로-컨버터이다.Referring to FIGS. 1, 2, 3, and 4, the same reference numerals refer to the same parts throughout the several views, wherein the propulsion device 1 of the present invention generally has a water inlet 5 and a water outlet 7. Cylindrical protective plate (protective plate assembly) 3 is included. The interior of the shroud generally has a detective similar to a Kort nozzle. A plurality of vane members 11 are attached to the fixed shaft (non-rotating shaft) 9 along the rotation axis inside the protective plate 3. The vane member 11 supports the stationary shaft 9 in the protective plate 3, as well as the thrust generated by the propeller means 13 due to their inclined orientation (best shown in FIG. 4). It also performs a function to increase. The propeller means 13 are arranged inside the protective plate 3. The propeller means 13 have a hub at its center which is rotatably mounted to the fixed shaft 9 by a bearing assembly 17. The propeller means 13 have a plurality of inclined blades 19. The inner end of the blade 19 is mounted at equal intervals around the hub 15, and the outer end is a rotor of an electric motor (alternating motor) 24 which is integrally formed at the central portion of the protective plate 3. Is connected to (23). The electric motor 24 further comprises a stator 25 which is arranged about the rotor 23 and spaced apart from it closely. A terminal post assembly 27 is provided on top of the propulsion apparatus 1 for connecting the stator 25 of the propulsion apparatus 1 to the power source 28. In a preferred embodiment this is a cyclo-converter of variable frequency.
제2도 및 제5(a)도를 참조하면, 상기 추진장치(1)의 베어링 조립체(17)는 상기 프로펠러 수단(13)과 고정축(9)간의 원주방향 및 축방향의 마찰을 최소화시키기 위하여 레이디얼 베어링(레이디얼 베어링 카트리지)(30)과 스러스트 베어링(스러스트 베어링 조립체)(45)을 갖는다. 제5(a)도를 구체적으로 살펴보면, 상기 레이디얼 베어링(30)은 관형 부싱(tubular bushing)(32)을 갖는다. 모넬(Monel)로 형성되는 것이 바람직한 상기 관형 부싱(32)은 한쌍의 볼트 러그(34)에 의해 허브(15)의 내경에 장착된다. 상기 볼트 러그(34)의 각각은 나사 보어(35)를 구비한다. 이 나사 보어(35)는 상기 허브(15)의 예리한 상류부(36)에 존재하는 볼트(장착 볼트)(37)와 정렬된다. 이 볼트(37)가 제2도에 도시된 위치에 고착되었을 때, 상기 관형 부싱(32)은 당연히 허브(15)를 따라서 고정축(9)에 대하여 회전된다. 상기 관형 부싱(32)의 내경에는 한쌍의 고무제 베어링 슬리브(38a, 38b)가 배치된다. 이 슬리브는 관형 부싱(32)의 내면을 따라 존재하는 환형 리세스(40)내에 배치되어, 상기 베어링 슬리브(38a, 38b)와 관형 부싱(32) 사이이 축방향 운동을 방지시킨다. 상기 고무제 베어링 슬리브(38a, 38b)의 각각의 내경에는 이 베어링 슬리브(38a, 38b)와 고정축(9) 사이로 항상 흐르고 있는 해수에 동반되는 외부의 물질을 배출하기 위하여 복수개의 나선 홈(42)이 제공된다. 상기 스러스트 베어링(45)은 추진장치(1)의 작동중 프로펠러 수단(13)에 의해 발생되는 축방향 하중을 수용할 수 있도록 설계된 주 스러스트 베어링(47)과, 전기 모터(24)가 작동하지 않을 때 “물레방아식으로 도는(windmilling)” 프로펠러 수단(13)의 상당히 가벼운 하중을 견딜 수 있도록 설계된 보조 스러스트 베어링(75)을 구비한다.2 and 5 (a), the bearing assembly 17 of the propulsion device 1 is designed to minimize the circumferential and axial friction between the propeller means 13 and the fixed shaft 9. To this end, it has a radial bearing (radial bearing cartridge) 30 and a thrust bearing (thrust bearing assembly) 45. Looking specifically at Figure 5 (a), the radial bearing 30 has a tubular bushing 32. The tubular bushing 32, preferably formed of Monel, is mounted to the inner diameter of the hub 15 by a pair of bolt lugs 34. Each of the bolt lugs 34 has a screw bore 35. This screw bore 35 is aligned with a bolt (mounting bolt) 37 present in the sharp upstream portion 36 of the hub 15. When this bolt 37 is fixed in the position shown in FIG. 2, the tubular bushing 32 is naturally rotated about the stationary shaft 9 along the hub 15. A pair of rubber bearing sleeves 38a and 38b are disposed in the inner diameter of the tubular bushing 32. This sleeve is disposed in an annular recess 40 which exists along the inner surface of the tubular bushing 32, preventing the axial movement between the bearing sleeves 38a, 38b and the tubular bushing 32. Each of the inner diameters of the rubber bearing sleeves 38a and 38b has a plurality of spiral grooves 42 for discharging external substances accompanying seawater that always flows between the bearing sleeves 38a and 38b and the fixed shaft 9. ) Is provided. The thrust bearing 45 has a main thrust bearing 47 designed to accommodate the axial load generated by the propeller means 13 during operation of the propulsion apparatus 1 and the electric motor 24 will not operate. It is provided with an auxiliary thrust bearing 75 which is designed to withstand the considerably light load of the propeller means 13 "windmilling".
상기 주 스러스트 베어링(47)에는 고무제 환형 링(53)을 지지하는 경사진 환형 패드(51)로 형성된 환형 러너(runner)(49)가 제공된다. 상기 경사진 환형 패드(51)는 모넬로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 경사진 황형 패드(51)와 고무제 환형 링(53)은 환형 패드(51)내에 존재하는 나사 보어(55)와, 허브(15)의 예리한 상류부(36)내에 장착되는 볼트(장착 볼트)(57)에 의하여, 허브(15)의 상기 상류부(36)에 고착된다. 상기 주 스러스트 베어링(47)은 베어링 링(60)도 구비한다. 상기 베어링 링(60)은 고정축(9)에 정지형으로 장착되므로 추진장치(1)의 작동중에는 환형 런너(49)의 고무제 환형 링(53)과 마찰 결합된다. 복수개의 반경방향 홈(61)은 상기 베어링 링(60) 둘레로 제공되어, 환형 러너(49)의 고무제 환형 링(53)과 베어링 링(60) 사이에 윤활용 해수막을 형성시킨다. 이 반경방향 홈(61)은 환형 런너(49)와 베어링 링(60) 사이로 해수를 항상 순환시키는 목적으로 이용되므로, 마찰에 의해 발생되는 열을 일소시킴으로써 마모를 감소시킨다. 상기 베어링 링(60)은 복수개의 링크 핀 지지부(62a, 62b)에 연결되고, 이 링크 핀 지지부(62a, 62b)는 지지 패드(64)에 고착된다. 상기지지 패드(64)는 키이(66)에 의해 고정축(9)에 단단히 장착되므로 지지 패드(64)가 고정축(9)에 대해 회전하는 것이 방지된다. 범퍼 판재(67)는 보유 스터드(69)에 의해 상기 지지 패드(64)의 베어링 링(60) 반대쪽에 장착된다. 이 범퍼 판재(67)는 지지 패드(64)의 오목면과 결합하는 볼록면을 갖는 바, 이 면은 이 두 부품이 서로에 대해 중심에서 약간 벗어났을 때 범퍼 판재(67)가 그것에 반응하여 지지 패드(64)에 대해 약간 “동요(흔들림)(wobble)” 된다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 범퍼 판재(67)는 주 스러스트 베어링(47) 구조체와 기계적으로 일체화되어 있기는 하지만 보조 스러스트 베어링(75)의 일부를 형성한다. 고정 너트(72)는 고정 너트 와셔(74)와 결합하여, 지지 패드(64)를 고정축(9)에 축방향으로 단단히 고착시키는 역할을 수행한다.The main thrust bearing 47 is provided with an annular runner 49 formed of an inclined annular pad 51 which supports a rubber annular ring 53. The inclined annular pad 51 is preferably formed of a monel. The inclined yellow pad 51 and the rubber annular ring 53 are provided with a screw bore 55 present in the annular pad 51 and a bolt mounted in the sharp upstream portion 36 of the hub 15 (mounting bolt). 57, it is fixed to the upstream portion 36 of the hub 15. The main thrust bearing 47 also has a bearing ring 60. Since the bearing ring 60 is mounted stationarily on the fixed shaft 9, the bearing ring 60 is frictionally coupled to the rubber annular ring 53 of the annular runner 49 during operation of the propulsion device 1. A plurality of radial grooves 61 are provided around the bearing ring 60 to form a seawater film for lubrication between the rubber annular ring 53 of the annular runner 49 and the bearing ring 60. This radial groove 61 is used for the purpose of always circulating seawater between the annular runner 49 and the bearing ring 60, thereby reducing wear by eliminating the heat generated by friction. The bearing ring 60 is connected to a plurality of link pin supports 62a and 62b, which are fixed to the support pad 64. Since the support pad 64 is firmly mounted to the fixed shaft 9 by the key 66, the support pad 64 is prevented from rotating about the fixed shaft 9. The bumper plate 67 is mounted on the opposite side of the bearing ring 60 of the support pad 64 by a retaining stud 69. The bumper plate 67 has a convex surface that engages with the concave surface of the support pad 64, which surface supports the bumper plate 67 in response to it when the two parts are slightly off-center with respect to each other. Slightly “wobbled” against pad 64. As shown in the figure, the bumper plate 67 forms part of the auxiliary thrust bearing 75 although it is mechanically integrated with the main thrust bearing 47 structure. The fixing nut 72 is engaged with the fixing nut washer 74 to serve to firmly fix the support pad 64 to the fixing shaft 9 in the axial direction.
상기 보조 스러스트 베어링(75)은 대체로 주 스러스트 베어링(47)의 상류에 위치되며, 고무제 환형 링(79)으로부터 형성된 런너(77)를 구비한다. 상술한 베어링 링(60)과 유사하게, 이 고무제 환형 링(79)은, 이 고무제 환형 링(79)과 이것에 직면해 있는 환형 지지 패드(81) 사이에 얇은 해수막을 형성시키기 위한 홈(80)을 구비한다. 상기 환형 지지 패드(81)는 상기와 유사하게 모넬로부터 형성되는 것이 바람직하다. 베어링 조립체(17) 전체를 통한 해수의 순환을 촉진시키기 위하여, 상기 환형 지지 패드(81)는 복수개의 반경방향 물 순환 수단(임펠러 보어)(83)도 더 구비하고 있다. 상기 물 순환 수단(83)의 내측 단부는 상기 환형 지지 패드(81)의 중앙에 배치된 중앙 개구(84)와 연통된다. 상기 환형 지지 패드(81)는, 추진장치(1)의 작동중, 베어링 조립체(17)내에서 각종 베어링 표면을 통해 해수를 강제로 순환시키는 임펠러로서의 기능을 한다.The auxiliary thrust bearing 75 is generally located upstream of the main thrust bearing 47 and has a runner 77 formed from an annular ring 79 made of rubber. Similar to the bearing ring 60 described above, the rubber annular ring 79 has a groove for forming a thin seawater film between the rubber annular ring 79 and the annular support pad 81 facing it. 80 is provided. The annular support pad 81 is preferably formed from the monel similar to the above. In order to facilitate circulation of the seawater through the bearing assembly 17, the annular support pad 81 further includes a plurality of radial water circulation means (impeller bores) 83. The inner end of the water circulation means 83 is in communication with a central opening 84 disposed in the center of the annular support pad 81. The annular support pad 81 functions as an impeller for forcibly circulating seawater through various bearing surfaces in the bearing assembly 17 during operation of the propulsion device 1.
상기 고정축(9)의 상류단에는 만곡혀의 착탈식 커버(85)가 제공되어, 여과되지 않은 해수가 베어링 조립체(17)를 관통하여 흐르는 것을 방지한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 착탈식 커버는 보조 스러스트 베어링(75)의 런너(77)의 환형 지지 패드(81)에 부착되어 있으므로, 전기 모터(24)가 작동할 때 고정축(9)에 대해 회전된다. 상기 착탈식 커버(85)는 이 목적을 달성하기 위하여 장착 볼트(89)를 수용하기 위한 복수개의 리세스가 형성된 보어(87)를 구비하는 바, 상기 장착 볼트는 상기 환형 지지 패드(81)의 상류측에 존재하는 나사 보어내로 나사조임된다. 복수개의 누출 보어(91)는 상기 착탈식 커버(85)의 전방에 존재하여, 해수가 착탈식 커버(85)를 관통해서 충분히 흐를 수 있도록 하므로, 베어링 조립체(17) 내에 존재하는 베어링 표면 사이의 해수 흐름을 방해할 수도 있는 압력차가 발생되는 것을 방지한다. 상기 누출 보어(91)의 각각은 해수에 동반되는 외부의 물질이 착탈식 커버(85)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터(92)를 구비하는 것이 바람직하다.At the upstream end of the fixed shaft 9 is provided a removable cover 85 of a curved tongue, which prevents unfiltered seawater from flowing through the bearing assembly 17. In the embodiment of the present invention, the removable cover is attached to the annular support pad 81 of the runner 77 of the auxiliary thrust bearing 75, so that the fixed shaft 9 is operated when the electric motor 24 is operated. Is rotated against. The removable cover 85 has a plurality of recessed bores 87 for receiving the mounting bolts 89 in order to achieve this purpose, the mounting bolts being upstream of the annular support pad 81. Screwed into the screw bore present on the side. A plurality of leak bores 91 are present in front of the removable cover 85 to allow seawater to sufficiently flow through the removable cover 85, thus allowing seawater flow between bearing surfaces present in the bearing assembly 17. Prevent pressure differentials that might interfere with Each of the leak bores 91 is preferably provided with a filter 92 for preventing the external material accompanying the sea water from entering the removable cover (85).
베어링 조립체(17) 전체가 착탈식 커버(85), 고정 너트(72) 및 고정 너트 와셔(74), 키이(66)와 볼트(57, 37)에 의해 적소에 고착된다는 점으로 인하여, 주 및 보조 스러?? 베어링(47, 75)의 양자와 레이디얼 베어링(30)에 대한 용이한 전방향 접근이 가능하다. 이렇게 전방향 접근이 용이하기 때문에, 부품의 수리 및 교체와 같은 관리 작업이 추진장치(1) 전체를 선박으로부터 떼어내거나 또는 그 선박을 드라이 도크로 집어 넣지도 않은 채 수행될 수 있다. 베어링 조립체(17)의 각종 부품은 그것이 얼마나 잘 설계되었는가에 상관없이 추진장치(1)의 수명지속 중 수리 및 교체가 가장 많이 필요한 것 중 하나이기 때문에, 상기 사항은 중요한 장점이다.Due to the fact that the entire bearing assembly 17 is secured in place by the removable cover 85, the retaining nut 72 and the retaining nut washer 74, the key 66 and the bolts 57, 37, the primary and secondary Thrust ?? Easy omnidirectional access to both the bearings 47 and 75 and the radial bearing 30 is possible. Since this omnidirectional access is easy, management work such as repair and replacement of parts can be performed without removing the entire propulsion device 1 from the ship or putting the ship in a dry dock. This is an important advantage as the various parts of the bearing assembly 17 are one of the most needed repair and replacement of the propulsion device 1 regardless of how well designed it is.
상기 고정축(9)의 하류단에는 상술한 베인 부재(11) 각각의 내측 단부와 연결되는 베인 허브(95)가 제공된다. 장착 볼트(97)에 의해서 상기 베인 허브(95)를 고정축(9)이 하류단에 고착시킨다. 상기 베인 허브(95)는 그 주변의 해수에 동반되는 외부의 물질이 베인 허브(95)의 중공형 내부(104)로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 여과 수단(여과재)(102)으로 덮여 있는 복수개의 물 순환 수단(흐름 포트 또는 물 흡입구)(99)을 구비한다. 제2도 및 제5(a)도의 양자에 명백히 나타나 있는 바와 같이, 상기 베인 허브(95)의 중공형 내부(104)는 고정축(9)에 존재하는 중앙 보어(106)와 연통한다.A downstream end of the fixed shaft 9 is provided with a vane hub 95 which is connected to the inner end of each of the vane members 11 described above. The fixing shaft 9 fixes the vane hub 95 to the downstream end by the mounting bolt 97. The vane hub 95 has a plurality of vanes covered with filtration means (filtrate) 102 to prevent foreign matter entrained in the surrounding water from entering the hollow interior 104 of the vane hub 95. Water circulation means (flow port or water inlet) 99. As is evident in both FIGS. 2 and 5 (a), the hollow interior 104 of the vane hub 95 communicates with the central bore 106 present on the fixed shaft 9.
해수가 베어링 조립체(17) 전체를 관통하여 순환되는 방식은 제2도를 참조하면 가장 잘 이해될 것이다. 흐름 화살표로 표시되어 있는 바와 같이, 그 주변의 해수는 상기 하류의 물 순환 수단(99) 및 여과 수단(102)을 관통한 다음 베인 허브(95)의 중공형 내부(104)와 고정축(9)의 중앙 보어(106)를 통해 흐른다. 상기 중앙 보어(106)를 관통한 물은 환형 지지 패드(81)의 중앙 개구(84)와 복수개의 물 순환 수단(83)을 통해 흐른다. 상기 물 순환 수단(83)을 관통하여 흐르는 해수에 부여되는 원심력으로 인해서 그 물이 압축된 상태로 물 순환 수단(83)의 외측 단부를 빠져나온 다음, 주 스러스트 베어링(47)의 지지 패드(64)의 외주를 따라 역방향으로 흐르고, 그곳에서부터는 주 스러스트 베어링(47)의 환형 런너(49)에 존재하는 중앙 개구를 통해 베어링 링(60)의 홈 사이로 흐른다. 그곳에서 나온 해수는 고무제 베어링 슬리브(38a, 38b)와 고정축(9)의 외측표면 사이로 흐르다가, 반경방향 개구(107)를 통해 배출된다. 상술한 착탈식 커버(85)에 존재하는 누출 보어(91)를 통해 약간의 해수 흐름이 발생할 수 있기는 하지만, 이 누출 보어(91)는 베인 허브(95)에 존재하는 물 순환 수단(99)보다 훨씬 작은 단면적을 갖도록 설계된다. 그러한 단면적을 갖도록 치수가 설계되었기 때문에, 베어링 조립체(17)의 각종 베어링 표면을 윤활 및 냉각시키기 위해 이용되는 대부분의 물이 하류의 말단으로부터 본 추진장치(1)내로 흡입될 수 있으며, 물 순환 수단(99)내에 여과 수단(102)이 존재하기 때문에 해수내에 동반되는 외부 물질이 고정축(9)의 중앙 보어(106)내로 유입되는 것이 방지된다.The manner in which seawater circulates through the bearing assembly 17 will be best understood with reference to FIG. 2. As indicated by the flow arrows, the surrounding seawater passes through the downstream water circulation means 99 and the filtration means 102 and then the hollow interior 104 and the fixed shaft 9 of the vane hub 95. Flow through the central bore 106. Water passing through the central bore 106 flows through the central opening 84 of the annular support pad 81 and the plurality of water circulation means 83. Due to the centrifugal force imparted to the seawater flowing through the water circulation means 83, the water is compressed and exits the outer end of the water circulation means 83, and then the support pad 64 of the main thrust bearing 47. ) Flows in the reverse direction along the outer periphery, and from there through the central opening present in the annular runner 49 of the main thrust bearing 47 between the grooves of the bearing ring 60. The seawater from there flows between the rubber bearing sleeves 38a and 38b and the outer surface of the fixed shaft 9 and is discharged through the radial opening 107. Although some seawater flow may occur through the leak bore 91 present in the removable cover 85 described above, the leak bore 91 is more suitable than the water circulation means 99 present in the vane hub 95. It is designed to have a much smaller cross-sectional area. Since the dimensions are designed to have such a cross-sectional area, most of the water used to lubricate and cool the various bearing surfaces of the bearing assembly 17 can be sucked into the propulsion device 1 from the downstream end, and the water circulation means Due to the presence of the filtering means 102 in 99, foreign matter entrained in the seawater is prevented from entering the central bore 106 of the fixed shaft 9.
제6도 및 제7도에는 상기 추진장치(1)의 프로펠러 수단(13)을 가동시키는데 이용되는 전기 모터(24)의 세부가 도시되어 있다. 초기에 지적한 바와 같이, 전기 모터(24)는 일반적으로 프로펠러 수단(13)의 블레이드(19)의 주변을 둘러싸도록 장착되는 회전자(23)로 구성되는 교류 모터로서, 상기 회전자 둘레에는 보호판(3)내에서 “깡통식으로 밀폐되는” 고정자(25)가 밀접하게 배치된다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전기 모터(24)는 영구자석인 것이 바람직하다. 유도식 교류 모터도 이용될 수 있기는 하지만, 다음의 2가지 이유 때문에 영구자석식 교류 모터가 바람직하다. 첫째로, 영구자석식 모터는 유도식 모터보다 효율이 약 10% 정도 양호하다. 둘째로, 이렇게 높은 효율은 회전자(23)의 외주와 고정자(25)의 내주 사이의 다소 큰 간극 때문에 실현될 수 있다. 동작 가능한 추진장치(1)에 있어서는, 이 대형간극이 0.635cm(0.25인치) 이하의 표준 간극과 달리 1.31cm 또는 0.50인치 만큼 넓을 수도 있다. 대형 간극을 이용하면(소형 간극을 이용할 때보다) 회전자(23)와 고정자(25) 사이에 난류형 해수막이 존재하기 때문에 발생되는 이들 두 요소 사이의 마찰 손실이 감소되고, 추진장치의 이 특수 위치에서 발생되는 소음량도 더욱 감소된다는 잇점이 있다. 또 다른 잇점으로서는, (고정자 권선에서 발생되는 자기장의 바람직하지 않은 비대칭에 의해 생성되는) 소량의 조파 전류가 발생된다는 것과, 그 결과 회전자(23) 상에서 그러한 전류의 상호 작용에 의해서 보다 낮은 진동(보다 높은 진동과 반대 개념임)이 발생된다는 것이 있다. 또한, 회전자(23)가 고정자(25)내에서 회전할 때, 회전자(23)이 중심을 벗어난 요동에 의해 발생되는 진동도 감소된다. 마지막으로, 전기 모터(24)에 영구자석을 이용함으로써 제공되는 이 대형 간극을 이용하면, 고정자(25)내에서의 회전자(23)의 회전이 이 간극내에 외부 물질이 도입됨으로써 방해되거나 중단되는 현상이 보다 적게 발생될 것이며, 또한 외부 충격에 대한 추진장치(1) 전체의 내성이 보다 커질 것이다. 그러면 추진장치(1)는 회전자(23)가 충격을 받아 고정자(25)에 대해 그 중심에서 벗어나게 되는, 충격으로 인한 손상에 대한 내성이 보다 강화될 것이다. 이들 모두는, 특히 잠수함의 응용분야에서 중요한 잇점이다.6 and 7 show details of the electric motor 24 used to actuate the propeller means 13 of the propulsion device 1. As initially pointed out, the electric motor 24 is an alternating current motor, which is generally composed of a rotor 23 mounted to surround the periphery of the blade 19 of the propeller means 13, with a protective plate around the rotor ( 3) The stator 25 which is "canned" is closely arranged. In a preferred embodiment, the electric motor 24 is preferably a permanent magnet. Induction AC motors may also be used, but permanent magnet AC motors are preferred for the following two reasons. First, the permanent magnet motor is about 10% more efficient than the induction motor. Secondly, this high efficiency can be realized because of the rather large gap between the outer circumference of the rotor 23 and the inner circumference of the stator 25. In the operable propulsion apparatus 1, this large clearance may be as wide as 1.31 cm or 0.50 inches, unlike the standard clearance of 0.635 cm (0.25 inch) or less. The use of large clearances (rather than using smaller clearances) reduces the frictional loss between these two elements caused by the presence of turbulent seawater between the rotor 23 and the stator 25, and this special feature of the propulsion system. The amount of noise generated at the location is further reduced. Another advantage is that a small amount of harmonic currents (generated by the undesired asymmetry of the magnetic field generated in the stator windings) is generated and, as a result, lower vibrations due to the interaction of such currents on the rotor 23. Opposite to higher vibrations). In addition, when the rotor 23 rotates in the stator 25, the vibration generated by the rotor 23 out of the center is also reduced. Finally, with this large gap provided by the use of permanent magnets in the electric motor 24, the rotation of the rotor 23 in the stator 25 is interrupted or interrupted by the introduction of foreign matter into the gap. Less phenomena will occur, and also greater resistance of the propulsion device 1 to external shocks will be greater. The propulsion device 1 will then be more resistant to damage due to impact, which causes the rotor 23 to be impacted out of its center relative to the stator 25. All of these are important advantages, especially in the application of submarines.
제7도에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 상기 고정자(25)는 복수개의 균일하게 이격된 고정자 코어 권선(110)을 구비하다. 이들 고정자 코어 권선(110)의 각각은 결국 터미널 포스트 조립체(27)의 리드선(111)에 접속된다. 더욱이, 각각의 고정자 코어 권선(110)은 이 고정자 코어 권선(110)에 의해 생성되는 자기장을 전도시키기 위하여, 적층형 자성체로 이루어진 강(steel)제 링으로부터 형성된 고정자 코어(112)(제6도 또는 제7도에는 도시되지 않고 제2도 및 제5(a)도에 도시됨)내에 존재하는 슬롯내에 수용된다. 복수개의 조립 바아(building bar)(114)는 상기 고정자 코어(112)를 형성하는 적층 링을 함께 유지시키기 위해서, 고정자 코어(112)의 외경을 따라 용접된다. 고정자(25)의 모든 요소는 외측벽(120)과 내측벽(118)으로부터 형성된 수밀용 고정자 하우징(116)의 내측에 수용된다.As best shown in FIG. 7, the stator 25 has a plurality of evenly spaced stator core windings 110. Each of these stator core windings 110 is in turn connected to the lead wire 111 of the terminal post assembly 27. Furthermore, each stator core winding 110 may have a stator core 112 formed from a steel ring made of a laminated magnetic material (FIG. 6 or in order to conduct the magnetic field generated by the stator core winding 110). It is housed in a slot that is not shown in FIG. 7 but exists in FIGS. 2 and 5 (a). A plurality of building bars 114 are welded along the outer diameter of the stator core 112 to hold together the stacking rings that form the stator core 112. All elements of the stator 25 are housed inside the watertight stator housing 116 formed from the outer wall 120 and the inner wall 118.
상기 전기 모터(24)의 회전자(23)는 탄소강으로부터 형성된 자석 하우징 링(127)의 내측에 장착되는 복수개의 사다리꼴 영구자석(125)으로 형성된다. 각각의 영구자석(125)은 NbBFe 합금으로부터 형성하는 것이 바람직한 데, 왜냐하면 그것의 자계 용량과 이 물질의 B-H 특성 곡선이 탁월하기 때문이다. 각각의 영구자석(125)은 지르코늄 코퍼제 쐐기(회전자 쐐기)(128)에 의해서 자석 하우징 링(127) 내에 유지된다. 상기 쐐기(128)는 볼트(129)에 의해서 자석 하우징 링(127)에 고착되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서는 약 20개의 그러한 사다리꼴 형상의 영구자석(125)이 회전자(23)내에 배치된다. 고형 구리 봉으로 형성된 4개의 댐퍼 바아(130)는 각 영구자석(125)의 상단에 제공된다. 이 댐퍼 바아(130)는 각 영구자석(125)의 상단에 고착된 폴 캡 수단(pole cap means)(133)내에 존재하는 리세스 내에 배치된다. 상기 댐퍼 바아(130) 및 쐐기(128)의 설치 목적은, 고정자 코어 권선(110)에 의해 바람직하지 못한 자계의 비대칭이 발생된 결과 생기는 회전자(23)의 상측 표면으로 조파적으로 유도되는 전류로부터 영구자석(125)을 보호하는 것이다. 특히, 그러한 조파 전류는 고-도전성 댐퍼 바아(130)와 쐐기(128) 내에 집중될 것이며, 그곳에서 그것들이 소모될 것이다. 상기 댐퍼 바아(130)와 쐐기(128)가 회전자(23)내에 존재하지 않는다면, 그러한 조파 유도 전류가 영구자석(125)의 몸체를 직접 관통하게 될 것이므로, 결국 그것의 자성이 감소될 것이다. 더욱이, 댐퍼 바아(130)와 쐐기(128)의 조합체는 다람쥐통의 구조를 형성하므로, 회전자(23)의 작동 개시가 촉진된다.The rotor 23 of the electric motor 24 is formed of a plurality of trapezoidal permanent magnets 125 mounted inside the magnet housing ring 127 formed from carbon steel. Each permanent magnet 125 is preferably formed from an NbBFe alloy because its magnetic field capacity and the B-H characteristic curve of this material are excellent. Each permanent magnet 125 is held in a magnet housing ring 127 by a zirconium copper wedge 128. The wedge 128 is secured to the magnet housing ring 127 by bolts 129. In a preferred embodiment, about 20 such trapezoidal permanent magnets 125 are arranged in the rotor 23. Four damper bars 130 formed of solid copper rods are provided on top of each permanent magnet 125. This damper bar 130 is disposed in a recess present in pole cap means 133 secured to the top of each permanent magnet 125. The purpose of the installation of the damper bar 130 and the wedge 128 is to induce a current waveguided to the upper surface of the rotor 23 resulting from the generation of undesirable magnetic asymmetry by the stator core winding 110. It is to protect the permanent magnet 125 from. In particular, such harmonic currents will be concentrated in the highly conductive damper bar 130 and the wedge 128, where they will be consumed. If the damper bar 130 and the wedge 128 are not present in the rotor 23, such a wave induced current will pass directly through the body of the permanent magnet 125, and eventually its magnetism will be reduced. Moreover, since the combination of the damper bar 130 and the wedge 128 forms the structure of the squirrel barrel, the start of the operation of the rotor 23 is promoted.
제5(a)도, 제5(b)도 및 제7도를 참조하면, 회전자(23)가 고정자(25)와 유사하게 수밀형 회전자 하우징(134)내에 “깡통식으로 밀폐”되어 있다. 상기 회전자 하우징(134)은 내측벽(136), 외측벽(138), 전면벽(140) 및 후면벽(142)을 구비한다(모두 제5(a)도에 도시됨). 특히 제5(b)도를 참조하면, 회전자 입구 링(144)은 회전자 하우징(134)의 후면벽(142)과 연결되고 치형 후면벽(146)을 포함한다. 상기 치형 후면벽(146)은 회전자 입구 링(144)과 반대쪽에 배치되는 고정자 입구 링(150)의 치형 전면벽(148)과 상보적인 형상을 갖는다. 상기 회전자 및 고정자 입구 링(144, 150)의 치형 후면벽(146)과 치형 전면벽(148)의 상보적인 치형 구조로 인해 그 주변의 해수에 대한 뒤틀린 통로가 형성되므로, 그 해수내에 동반된 외부 입자가 회전자(23)의 외주와 고정자(25)의 내주 사이의 간극으로 유입되는 것이 방지된다. 더욱이, 상기 회전자(23)의 외주에는 복수개의 나선형 홈(151)이 형성되어, 회전자(23)와 고정자(25) 사이의 상기 간극으로부터 나온 외부 물질을 순환시켜서 내보낸다. 상기 나선형 홈(151)에 의해 형성된 흐름경로는 제2도의 상부에 흐름 화살표로 나타나 있다.Referring to FIGS. 5 (a), 5 (b) and 7, the rotor 23 is “cant-sealed” in the watertight rotor housing 134 similarly to the stator 25. have. The rotor housing 134 has an inner wall 136, an outer wall 138, a front wall 140 and a rear wall 142 (all shown in FIG. 5 (a)). In particular referring to FIG. 5 (b), the rotor inlet ring 144 is connected to the back wall 142 of the rotor housing 134 and includes a toothed back wall 146. The toothed back wall 146 has a shape complementary to the toothed front wall 148 of the stator inlet ring 150 disposed opposite the rotor inlet ring 144. Complementary tooth structures of the toothed back wall 146 and the toothed front wall 148 of the rotor and stator inlet rings 144, 150 form a warped passageway to the seawater in the vicinity thereof, thereby entraining them in the seawater. Outer particles are prevented from entering the gap between the outer circumference of the rotor 23 and the inner circumference of the stator 25. Furthermore, a plurality of spiral grooves 151 are formed on the outer circumference of the rotor 23 to circulate and discharge the foreign material from the gap between the rotor 23 and the stator 25. The flow path formed by the helical groove 151 is shown by the flow arrow at the top of FIG.
보호판(3)이 세부를 알아보기 위하여 제2도 및 제5(a)도를 다시 참조하면, 이 보호판(3)은 깔때기 형상의 입구 유선부(154)를 구비한다. 이 입구 유선부(154)는 장착 볼트(156)에 의해서 고정자 하우징(116)의 상류측에 고착된다. 베인 장착 링(158)은 장착 볼트(160)에 의해서 고정자 하우징(116)의 하류측에 고착된다. 상기 출구 링(162)은 볼트(164)에 의해서 상기 베인 장착 링(158)의 하류측에 고착된다. 깔대기 형상의 입구 유선부(154)와 절두원추형상의 베인 장착 링(158)은 고정자 하우징(116)과 결합하여 형성되며, 프로펠러 수단(13)의 추력을 유익하게 최대화시키는 코트 노즐 윤곽은 보호판(3)의 내부에 장착되는 것을 알 수 있을 것이다.Referring again to FIGS. 2 and 5 (a) for details of the protection plate 3, the protection plate 3 has a funnel shaped inlet streamline 154. The inlet streamline 154 is secured to the upstream side of the stator housing 116 by mounting bolts 156. The vane mounting ring 158 is secured to the downstream side of the stator housing 116 by mounting bolts 160. The outlet ring 162 is secured to the downstream side of the vane mounting ring 158 by bolts 164. The funnel-shaped inlet streamline 154 and the truncated cone-shaped vane mounting ring 158 are formed in combination with the stator housing 116, and the coat nozzle contour that advantageously maximizes the thrust of the propeller means 13 is provided with a protective plate 3. You will see that it is mounted inside).
제8도 및 제9도에는 본 발명의 추진장치(1)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 상술한 실시예와는 달리, 이 실시예에 따른 착탈식 커버(167)는 프로펠러 수단(13)의 허브(15)에 대해 정지관계로 유지되므로, 회전식 커버가 발생시키는, 그것을 둘러싸고 있는 물에 있어서의 교란이 최소화된다. 왜냐하면, 회전식 커버를 구비하면 추진장치(1)의 효율이 저하될 뿐만 아니라 바람직하지 않은 소음도 발생될 수 있을 것이기 때문이다. 이 또다른 실시예의 착탈식 커버(167)는 그것의 내부의 중앙에 조임 수단(나사형 리세스)(169)을 구비한다. 이 리세스는 고정축(9)의 상류단에 고정식으로 장착되는 조임 수단(나사형 스터드)(171)내로 나사조임 될 수도 있다. 더욱이, 이 또 다른 실시예는 정지형의 착탈식 커버(167)와 보호판(3)의 내부의 사이에 연결되는 복수개의 스트럿(보강 스트럿)(173)을 구비할 수도 있다. 이 스트럿(173)은 본 추진장치(1)의 내충격성을 증가키므로, 잠수함의 기술분야에 있어서 중요한 고려 사항이 될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 정지형 착탈식 커버(167)와 고정축(9)의 조임 수단(171) 및 스트럿(173)을 제외한 모든 부분의 경우에는, 상술한 본 발명의 제1실시예와 동일한 것을 이용한다.8 and 9 show another embodiment of the propulsion device 1 of the present invention. Unlike the above-described embodiment, the removable cover 167 according to this embodiment is held in a stationary relationship with the hub 15 of the propeller means 13, so that the rotary cover generates water in the surrounding water. Disturbance is minimized. This is because, if the rotary cover is provided, not only the efficiency of the propulsion apparatus 1 may be lowered, but also undesirable noise may be generated. The removable cover 167 of this another embodiment has a tightening means (threaded recess) 169 in the center of its interior. This recess may be screwed into a fastening means (threaded stud) 171 which is fixedly mounted upstream of the fixed shaft 9. Moreover, this alternative embodiment may have a plurality of struts (reinforcement struts) 173 connected between the stationary removable cover 167 and the interior of the protective plate 3. This strut 173 increases the impact resistance of the present propulsion device 1 and thus may be an important consideration in the technical field of the submarine. In this embodiment, in the case of all parts except the fastening means 171 and the strut 173 of the stationary detachable cover 167 and the fixed shaft 9, the same thing as the first embodiment of the present invention described above is used. .
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